ПЗ (Методика определения состояния электрического болтового соединения в цикле нагрев-охлаждение), страница 6

Большой процент отказов по причине старения устройств говорит о несовершенстве отдельных элементов КС и о неблагополучном положении дел с диагностикой их состояния.

Из общего числа повреждений устройств контактной сети отказы на участках постоянного тока составляют 47,8 %, на участках переменного – 52,0%.

В работах [4,12,19] приведен анализ условий работы и повреждений устройств КС, определенны наименее надежные устройства, требующие повышенного внимания, показаны приоритетные направления исследований.

В работе [19] отмечено, что элементы всей системы необходимо рассматривать совместно. Так, например, обрывы проводов и тросов из-за превышения температуры и потери ими механических свойств, происходит в основном в узлах их соединения – в местах установки соединительных и питающих зажимов. Отсутствие достаточного количества поперечных электрических соединителей и ухудшение контакта при значительных токовых нагрузках электроподвижного состава приводят к интенсивному электрическому износу звеньевых неизолированных струн. А некачественная регулировка струн вызывает повышенный износ контактных проводов. Опоры и поддерживающие конструкции выходят из строя достаточно равномерно в течении всего года. Осенне-летний максимум повреждений изоляторов связан с максимальной грозовой активностью. Воздушные стрелки выходят из строя чаще всего по причине разрушения зажимов, используемых в их конструкциях.

Как указывается в [4], около 20 % всех повреждений приходиться на недопустимые превышения температур в узлах контактной подвески.

При повышении отказов проводов замечено некоторое снижение отказов зажимов. Такое явление можно объяснить тем, что при разрушении всего узла, в основном фиксируется только провод [16].

Из выше изложенного видно, что одним из наиболее слабых мест контактной подвески являются места соединения проводов контактной подвески.

3.2 Процессы распределения токов между проводами контактной сети

Тяговый ток влияет на нагрев питающих зажимов контактной сети, поэтому необходимо исследовать распределение тока в межподстанционной зоне и по элементам контактной подвески.

В проводах контактной сети величина токов зависит от расположения поездов на определенном участке линии, потребляемых ими токов, от схем питания участка и т.д.

Ток в тяговой сети или в фидере подстанции определяется для всех проводов, соединённых параллельно между собой. Для того, чтобы судить о температуре питающего зажима, необходимо знать ток, протекающий по нему.

3.2.1 Моделирование процессов на линиях постоянного тока

При постоянном токе, ток нагрузки распределяется между параллельно соединенными проводами пропорционально их проводимости или обратно пропорционально их сопротивлениям. Пользуясь значениями сопротивлений и проводимостей проводов контактной сети можно определить ток в интересующем нас проводе с номером k:

, (3.1)

где g_k – проводимость провода с номером k; R_k – сопротивление провода с номером k; n– число параллельно соединённых проводов[21].

Определим распределение токов между контактным проводом и несущим тросом для цепной подвески постоянного тока М-120+2МФ-100.

Таблица 3.3 – Параметры контактной подвески

Рассчитаем токи в проводах контактной подвески по формуле 3.1, ток нагрузки принимаем 2000А исходя из установленных трансформаторов мощностью 6,3МВА.

Таким образом из выше приведенных расчетов видно, что ток в контактных проводах распределяется равномерно. Построим модель контактной подвески одного пролета, с следующими допущениями:

• Одностороннее питание, ток потребления составляет 2000 А;

• Потенциал принимаем 3кВ по всей длине пролета;

Модель, построенная с помощью программного пакета Matlab, приведена на рисунке 3.1.

Параметры электрической модели приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Параметры электрической модели

Рисунок 3.1 – Контактная подвеска постоянного тока в пролете (а) и ее схема замещения (б)

Рисунок 3.2 – Электрическая модель одного пролета контактной подвески постоянного тока

На Display 2, 27, 34 (рисунок 3.2) видно, что токи в контактных проводах составляют 635,1 А, в несущем тросе 729,9 А. Полученные значения токов путем моделирования равны токам полученным в результате расчета по формуле (3.1). Т.к. токи в контактных проводах равны, то в дальнейших расчетах контактной подвески постоянного тока будем принимать контактную подвеску с одним контактным проводом.

3.2.2 Моделирование процессов на линиях переменного тока

При переменном токе задача усложняется, так как распределение между параллельно соединенными проводами зависит еще и от ЭДС взаимоиндукции между контурами, составленными из отдельных проводов. К.Г. Марквардтом в 1982 г. приведены соответствующие формулы для определения тока в каждом проводе при заданном суммарном токе контактной сети [21].

Так, для цепной подвески, состоящей из одного несущего и одного контактного провода, токи в несущем тросе и контактном проводе соответственно:

; (3.2)

. (3.3)

Здесь:

; (3.4)

, (3.5)

где и - активное сопротивление контактного провода и несущего троса соответственно; – частота переменного тока; - расстояние между осью контактного провода и несущего троса; и - диаметры контактного провода и несущего троса соответственно.

Определим распределение токов между контактным проводом и несущим тросом для цепной подвески ПБСМ-95+МФ-100.

Таблица 3.5 – Параметры контактной подвески

Т.к. основной задачей данной работы является исследование влияния величины тока на нагрев питающих зажимов, то расчет по формулам (3.2) – (3.5) произведем с учетом полных сопротивлений контуров.

Полные сопротивления контуров:

Таким образом исходя из формул (3.2)-(3.5) получим ток в контактном проводе (МФ-100) =968,3 А и в несущем тросе (ПБСМ-95) =531,7 А.

Данный расчет справедлив для консольной схемы питания, при условии что нагрузка находится в конце участка питания.

Для упрощения дальнейших расчетов связанных с распределением тока в узлах контактной подвески приведем модель контактной подвески. В модели представлен один пролет контактной подвески, с следующими допущениями:

• Одностороннее питание, ток нагрузки составляет 1500 А;

• Потенциал принимаем 27,5 кВ по всей длине пролета;

• Ток во времени не изменен;

Модель, построена с помощью программного пакета Matlab приведена на рисунке 3.3.

Параметры электрической модели приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Параметры электрической модели